电力机车交流牵引电机故障诊断研究

1、电力机车交流牵引电机故障诊 断研究电力机车交流牵引电机故障诊 断研究修府房逡腐洋街挈防毕业设计（论文）题目： 电力机车交流牵引电机故障诊断研 究系部 ：机车车辆系专 业：铁道机车车辆学生姓名：佟阔学 号： 1250536指导教师：顾贺10日 20154辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告目:电力机车交流牵引电机故障诊断研究部:机车车辆系号：1250536业:铁道机车车辆学生姓名：佟阔1辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告四，电力机车交流牵引电机故障诊断研究的意义我们相信，到2020年.我国的电气化铁路将从南疆延伸到北国 山区在新的历史条件下，我们遇到了很多新问题，出现了很多新困

2、 但是，体制改革与机制转换，结构调整与技术改造，正在为我国电 车新一轮发展莫定基础；铁路加大投入，加快建设，电力牵引又是: 动力改革的发展方向，这为电力机车发展提供了新的机遇，开辟了: 市场.这种牵引动力的变革促使机车空气管路系统的不断改进.我, 走向平原主要誓忙干线，营业里程将跻身世界前列，交流传动电力; 将奔驰在神州大地，我国电力机车工业将跻身于世界舞台，为我国 经济和铁路运输发展作出我们新的贡献，为中国赢得新的荣誉.辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告3辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告主要参考文献：|1|朱龙驹.韶山四型电力机车|M|.北京：中国铁道出版社，20011

3、辛大娟.电力机车电器检查与维护ML成都：西南交通大学出 社，2007|3|潘京涛,电力机车电机检查与维护|M|,成都：西南交通大学出 社，2009|4|潘京涛.电力机车故障分析与处理|M|,北京：中国铁道出版主 2010|5张有松.韶山4型电力机车|M卜北京：中国铁道出版社,200 研究方案 伯华平.电力机车控制M.北京：中国铁道出版社，2003年 理论基础|7|周平.铁道概论M.北京：中国铁道出版社，2007 论文是基于耐喈辘独叫侑骗助晞11MI,醐少|摘爱蛾蹲出版社，2。|分析和处理区曲故腹烂就辨解辎悯咄割特玷也限道曲L 2008模拟实验。 |H|二、研究万沐21Bp神经网络实叫商寸螺罩典

4、我韵哪里瞪留情悔媒的航狱超出版社，2009张开文.制动M.北京：中国铁道出版社，2006张琳 .电力机车电器|M|.成都：西南交通大学出版社,DJl论文米用足网流为友信嫡眄|普再次般彼怫：1豺晔由铁如版社,2003 型机车为喀4声健蜒妙嘲潮醛谕麟副法蒯隼3|嘤寇出版社，21 分析和总结了册就典墉姗髀援策代价撼嬴西轴好梗翱版社，20,机故障与特征频率之间的内在联系，并提出了一种模拟牵引电机故障 信号的方法。三、研究步骤实现了基于 MB90F334勺交流牵引电机故障综合诊断柝卡,编写了 柝卡驱动程序，并将gC/OS.I实时操作系统和基于小波包一神经网 络 故障诊断的算法移植到单片机中。同时，通过数

5、据采集柝卡模拟牵引 电机故 障信号,电压限幅保护电路与基于嵌入式系统的牵引电机故障 综合诊断系统 相连，并通过LCD屏对诊断结果的实时显示，建立起牵引 电机故障综合诊断实验平台,并通过实验验证了论文方案的可行性。四、预期成果论文只对三种故障模式进行智能诊断，但是在实际生产过程中，牵 引电机还有可能发生其它种故障,对于这些故障本论文所设计的故障 综合诊断装置是无能为力的。因此今后可以根据实际需要，适当地扩大 故障模式的个 数，进一步完善系统的诊断功能,以提高系统的性能。毕业设计（论文）进度安排：在舁 厅P毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1找到指导教师，领取题目2015.3.092由指导教师

6、填写任务书（电子版）3.10-3.143查找论文有关的资料并进行整理3.15-3.194撰写并提交开题报告（电子版）3.20-3.255写出论文的初稿3.26-4.206对论文进行修改4.21-4.267听取老师的意见，进一步修改论文4.27-5.048提交论文（纸质版）5.5-5.109论文答辩5.18指导教师意见：该生通过与课题组成员和老师进行了充分讨论，参考了许多文献， 确定了具有f实用价值的课题。本课题初步确定了内燃机车机油压力 低的原因与分析设计思路基本明确，通过设计和研究可以提高铁路运输 质量，本课题的研究方法和研究步骤基本合理，难度适合，学生能够在 预定时间内完成该课题的设计。同

7、意该课题开题。指导教师签名： 审核日期： 年 月辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）答辩小组评议意见题目电力机车交流牵引电机故障诊断研究系部:机车车辆系 专业:铁道机车车辆学生姓名： 佟 阔学 号：1250536毕业设计（论文7完成情况（包括设计图纸、说明后、实验报告、计算机软硬件、外文翻译及摘要、论文书写及规范化等 ）评价：毕业设计（论文）成果质量评价意见:学生工作态度和考勤情况评价:开题报告的评定成绩：总成绩： 指导教师（签名）： 日期： 年月日目电力机车交流牵引电机故障诊断研究部:机车车辆系号：1250536业：铁道机车车辆学生姓名：佟阔 毕业设计（论文）完成情况和成果质量（工作量、任务

8、难度、专业理 论的运用、综合运用能力、资料的充足与可信情况、成果水平）评价 意见：答辩表现评价意见:评定成绩:答辩组长:日期:辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论义）摘要随着列车向高速化方向发展，铁路行车安全的重要性越来越突出。 在 我国铁路跨越式的大背景下，交流传动电力机车的核心设备之一， 它的安 全运行关系到整个列车的行车安全，因此开展对交流牵引电机的故障诊断 研究是非常必要的。论文在总结和吸取前人的研究成果的基础上， 以DJ1型机车为例，对 牵引电机的故障机理和诊断方法进行了研究。针对牵引电机的工作机理， 系统分析了电机在发生定子匝间短路故障轴承故障和转子气隙偏心故障 时的表现特性，提取出了

9、电机在故障时相应的特征频率， 揭示出各类故障 与特征频率之间的内在联系。牵引电动机作为电力机车主要电气设备之一， 其质量的好坏对机车整 体质量起着至关重要的影响。在铁路的发展历史中，牵引电动机是重要的 组成部分之一。牵引电动机是有高可靠性、好精确度、快速响应的特点， 与此同时，牵引电动机也具有故障率高和运用保养质量可以直接决定电动 机的使用寿命的特点。虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力 下，牵引电动机基础质量得以不断提高； 但由于受机车长交路、大提速恶 劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更 高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力。本文对造成

10、牵引电机的主要惯性故障原因进行深入分析，提出在检修 运用中相应的解决对策，希望能对牵引电机运用的可靠性和安全性起到积 极作用。关键词 牵引电机故障原因处理措施目录摘 要目 录II第1章绪论1.1 早期发展阶段.11.2 近代发展阶段.1第2章 电力机车牵引电机的技术资料.32.1 交流变频牵引电机32.2 牵引发电机 32.3 辅助电机42.4 发展趋向 4第3章电力机车牵引电机的结构图纸 53.1 Mitrac TM 3800F型电机横剖面图53.2 大过盈附件应力63.3 大过盈结合压强6第4章电力机车牵引电机的检修工艺资料 64.1 检修工艺特点：7-#-辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论

11、文I4.2 采用“三新”技术使用情况84.3 传统的故障诊断方法.84.4 故障的智能诊断方法.9第5章电力机车牵引电机故障统计数据及其分析1 05.1 交流牵引电机常见故障 105.2 交流牵引电机常见故障的机理分析115.3 改进措施1 45.4 牵引用铅酸蓄电池使用须知及注意事项1 4结论1 5致谢17参考文献1 8-III-辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论犬）第1章绪论1.1 早期发展阶段18911892年德国西门子公司试验成功了三相交流电源直接供 电的最早的绕线式转子异步牵引电动机。1898年德国西门子公司在一台两轴车上安装了变压器，并由三根架空线提供10kV、50Hz的三相交流电。

12、 该车采用了三相绕线式异步牵引电动机。1903年德国试验线上交流传动车辆的最大速度达 到210km/h,采用的是绕线式异步牵引电动机。1917 年德国试制成功采用“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车，采用的是三相异步牵引电动机。1943年匈牙利国铁定购的机车和1955年法国国营铁路的一台样车上都装有旋转变频机组，但 由于系统结构复杂、机组体积庞大，这 2种机车都没有继续发展下去。 1955年水银整流器机车问世，标志着电力牵引电传动交直技术实用化的 开始，使电力牵引交流传动技术的早期发展阶段终告结束，用于交流传动的牵引电动机的研制也告一段落。1.2 近代发展阶段1964年分

13、谐波控制的逆变器（即现在的脉宽调制逆变器）的出 现使电力牵引系统发生了根本性的技术革命， 交流传动技术发展进入了一 个新的时代。1971年德国研制成功第1台交流传动内燃机车（DE2500）, 采用三相异步电动机。19801987年间研制了 4台DE2500交流传动内 燃机车（德国），改装了 12001交流传动电力机车（瑞士）对不同供电方 式下的PWM逆变器一异步牵引电机系统在转差一电流控制下的机车性 能进行了多方面的试验，结果向世人展示了交流传动系统的意想不到的优 越性，这些机车采用的是三相异步牵引电动机。1983年研制成功BR120 型交流传动干线电力机车，这是交流传动机车发展史上的一个重要

14、里程 碑，标志着交流传动技术走向成熟阶段，具采用了三相异步牵引电动机。1988年德国西门子ICEV动车创造了 407km/h的世界第一速，采用的是 三相异步电动机。80年代至今，随着磁场定向控制和直接转矩控制等交 流传动控制技术的发展，德国、法国、日本、美国等各国已研制出多种型 号的交流传动电力机车、交流电传动内燃机车和高速电动车组随着经济的 发展，铁路建设迅速发展，铁路运行安全的重要性日益著。交流传动电力机 车在我国铁路跨越式发展的背景下将成为开发应用的主流机车。牵引电机作为交流电力机车的核心部件之一，其工作环境恶劣、负载变换频繁、动 力作用大等因素使牵引电机较易出现故障。 牵引电机的安全运

15、行关系到整 个列车的行车安全，展开交流牵引电机的故障诊断具有重要意义中国是人口大国，交通运输的能力至关重要，铁路具有运载量大，速度快等特点， 符合我国的现状，国家正大力发展铁路行业，有效的缓解了交通压力，为 中国的经济又好又快发展提供了坚实的基础。近年来，我国大面积，大幅度的提高现有电气化铁道的运行速度， 主要干线逐步达到160-200KM/h , 2006年，京沪高速铁路开工建设，设计时速 350公里，将成为我国第一 条高速铁路，我国电气化铁道总里程达到 26000公里。由于牵引电机的工 作条件恶劣，其轴承常见故障症状有保持架怫钉松动、断裂或外围挡边偏 磨，滚性及滚道剥离、灼痕、拉伤、裂纹、

16、歪磨或径向间隙增大，内圈松 动或咬死，轴电流电蚀及润滑脂变质，轴承甩油箱松动变形等。因此往往 引起振动及噪声增大，导致小齿轮碰撞磨损、绕组绝缘损伤、联接线断裂、 换向不良、引起接地或环火、甚至发生转子咬死难于转动而裂轴等恶性事 故。牵引电机作为牵引传动系统的核心部件，具运行特性对机车的运行 特性起着关键性的作用，其故障也对机车的运行安全有着极大的影响，因 此对其故障的产生原因进行调查分析， 找到解决的措施，提高其工作可靠 性，从而保证机车的安全运行。第2章 电力机车牵引电机的技术资料2.1 交流变频牵引电机交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八 十年代发展起来的先进牵引技术。它

17、以十分显著的优良特性在德、日、法等经济发达国家迅速发展，很快取代了传统的直流牵引电机。 随着交流 变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调 速，调速范围可达1: 1000,比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电 机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端， 交流牵引电机与直流 电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻， 更适合车辆对电机的安装空 问和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能 力强、噪声小、调速范围宽（05000r/min左右）、再生制动力巨大、可防 止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电2030%等优点，成为现代城市轨道交通牵引

18、机车驱动电机的首选产品。1、城市轨道交通用交流牵引电机2、轻电车轨用交流牵引电机 3、地铁用交流牵引电机2.2 牵引发电机专用于电力传动内燃机车，以供给牵引电动机电力的发电机，又 称主发电机。牵引发电机有直流和交流两种。直流牵引发电机直接向直流 牵引电动机供电。交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再 向直流牵引电动机供电。交流整流电路是三相的，整流电压虽然有脉动， 但脉动量比较小，因此牵引电动机还被认为是一般的直流电动机。2.3 辅助电机电力机车上的辅助电机可用直流电动机，也可用三相交流异步电 动机。用直流电动机作为辅助电机时，须由专用的硅整流器供电。用三相 交流异步辅助电动机时，须

19、由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给 三相电源。这种专用的旋转电机称为劈相机，可以把单相交流电变为三相 交流电。2.4 发展趋向为了解决直流和脉流牵引电动机的 转向”问题，有些国家已在使 用品闸管无换向器式牵引电动机和三相交流异步变频牵引电动机，并在试验以直线异步电动机为动力的磁悬浮高速车辆。品闸管无换向器式牵引电 动机是由一台同步电动机和一组晶闸管逆变器组成，用品闸管和转子位置检测器来代替直流牵引电动机的换向器和炭刷结构。这种电动机具有直流 电机的优点而没有困难的 换向”问题。但品闸管及其控制系统相当复杂， 所以电子元件直接影响电动机的运行可靠性。三相交流异步变频牵引电动 机结构简单，工

20、作可靠，成本低廉，是比较理想的牵引电动机。但由于需 用变频调速，它的发展和应用一度受到限制。60年代，大功率晶闸管变频装置的发展使异步电动机能够实现变频调速。 现在各国已有较多机车和 动车采用三相交流异步变频牵引电动机。 联邦德国和日本在试验的磁悬浮 高速车辆上采用直线异步电动机。 它的初级绕组敷设在地面导轨上，由地 面的变频电源供电以产生行波磁场，调节供电电源频率就可改变磁悬浮高 速车辆的速度。次级绕组就是反应板，装在车辆的构架上。初级行波磁场 和次级感应电流的相互作用，不仅产生使车辆前进的推力，而且还产生磁 拉力以悬浮车辆，并在制动工况时起着动力制动的作用。-3-辽宁铁道职业技术学院毕业设

21、计（论犬）第3章电力机车牵引电机的结构图纸3.1 Mitrac TM 3800F型电机横剖面图3.2 大过盈附件应力3.3大过盈结合压强第4章电力机车牵引电机的检修工艺资 料4.1检修工艺特点：1、定子、转子采用高压热水无腐蚀性清洗剂清洗， 确保清洗干净无污损。2、定子、转子按要求进行磁粉探伤，确保大修件无裂纹及缺陷。3、定子、转子总装实行工艺跟踪卡，将每一个重要工序列入受控程序检 查。4、整个工序中实行自检、互检、完工检三检制度。5、对大修件的每一个配合尺寸（包括形位公差）进行细录对查，如用座 标镇床（加工中心）对抱轴瓦中心线与机座中心线平行度进行加工控 制，确保公差要求。6、电机转子更新轴

22、承，确保运行要求。7、确保定子磁极之间极距公差及气隙尺寸要求、磁极螺钉紧固良好。8、无纬带损伤者全部更新，电枢绕组及绝缘损伤全部更新。9、转子换向器压川螺钉要求冷、热态下，检查、紧固各一次。10定子、转子冲片有凸片现象，坚持重新更换。11、定子、转子整体浸漆。电力机车定子严格做到真空压力浸漆。所有转 子按工艺程序进行真空压力浸漆。12所有转子进行动平衡试验。13转子嵌线后进行氮弧焊焊接。14转子严格进行TZ、TA、TY、对地绝缘电阻等检测；定子进行 TY检 测，冷态绝缘电阻、对地绝缘电阻检查等。15、 定子、转子总装等工序中按标准要求进行绝缘电阻，对地耐压等电气试验。16、 大修电机除坚持厂内

23、试验外，还严格按要求送铁道部驻株洲机车厂验收室进行试验与验收17、 油压减振器大修采用高性能的密封材料，使大修产品达到国外进口产品的同等技术水平。4.2采用“三新”技术使用情况1、采用高压热水无腐蚀性冲洗剂清洗工艺。2、采用氮弧焊（TIG ）焊接工艺。3、采用真空压力H级无溶剂浸漆工艺。4、采用微机控制的动平衡动态试验技术。5、转子包线、嵌线采用高强度绝缘结构制造工艺。6、转子采用H级电工无纬带绑扎新工艺。故障诊断是一门综合性技术，它涉及现代控制理论、信号处理与模式设别、 计算机科学、人工智能、电子技术、数理统计等多种学科。由于设备故 障 的复杂性和设备故障与征兆之间关系的复杂性，形成了设备故

24、障诊断是 一种探索性的过程这一特点。就设备故障诊断技术来说，重点不只在于研 究故障本身，而更在于研究故障诊断的方法。故障诊断过程由于其复杂性， 不可能只采用单一的方法，而要采用多种方法。可以说，凡是对故障诊断能 起作用的方法就要利用，必须从各种学科中广泛探求有利于故障诊断的原 理、方法和手段，这就使得故障诊断技术呈现多学科交叉这一特点。4.3 传统的故障诊断方法首先是利用各种物理和化学原理手段，通过伴随故障出现的各种 物理和化学现象，直接检测故障。其次 利用故障所对应的征兆来诊断故障 是最常用、最成熟的方法。在诊断过程中，首先分析设备运转中所获取的 各种信号，提取信号中的各种特征信息，从中获取

25、与故障相关的征兆，利用 征兆进行故 障诊断。由于故障与各种征兆间并不存在简单的一一对应关 系，因此利用征 兆进行故障诊断往往是一个反复探索和求解的过程。4.4 故障的智能诊断方法在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能的理论和方法用于 故障诊断。发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条全新 的途径，目前已 广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。人工智能的目的是使计算机去做策是实现人工智能的重要形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、 规划、决策等各个领域。现在国内外已发展了一系列用于设备故障诊断的 专家系统，获得了很好的效果。故障诊断的数学方法设备故障诊断技术作 为一门学科，尚处在形成和发展之中，

26、必须广泛利用各学科的最新科技成就 特别要借助各种有效的数学工具。包括基于模式识别的诊断方法，基于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树 分析的诊断方法，以及神经网络、小波变换、分形几 何等新发展的数学分 支在故障诊断中的应用等等。4.5 交流牵引电机故障诊断的基本原理交流牵引电机故障诊断技术有很强的工程背景，具有重要的实用 价值,并且以深厚的理论为基础。从本质上讲，电机故障诊断技术是个模式 分类问题，即把交流牵引电机的运行状态分为正常和异常两类。更进一步 异常的信号样本究竟又属于哪种故障，这又属于一个模式识别问题。从展 开的故障诊断流程来看，交流牵引电机故障诊断分为

27、信号采集，信号处理， 故障诊断3个阶段。第5章 电力机车牵引电机故障统计 数据及其分析目前国内的交流牵引电机以 DJ为主,下面以DJ型机车为例来介 绍交流牵引电机故障5.1 交流牵引电机常见故障1、定子匝问短路故障定子绕组最常见的故障主要包括绕组匝间短路， 相间短路和绕组 接地等，故障原因主要是由于牵引电机长期运行发热，绝缘老化或工作环境中水分，尘埃等物质与绝缘体相互作用，易使绝缘击穿，以及牵引电机 工作中各种电磁力，机械力冲击作用，也可以使绝缘损坏而造成短路。 这 种故障的最明显的标志是绕组出现局部过热，相电流的对称性被破坏，转矩降低，蜂鸣和振动加剧。这些故障一旦发生，不仅导致电机损坏，而且

28、 可能导致机车击破，造成重大损失。2、转动轴承故障牵引电机转子的前后两端由轴承支撑， 轴承主要承受径向力，采 用的是球轴承。牵引电机轴承内圈与转子高速运转， 承受较大的载荷，易 发生故障，故障通常表现为滚珠缺陷，点食，内外圈破裂等故障。3、转子偏心转子偏心故障也是牵引电机常见故障。偏心故障发生时，转子质 量偏心，转子产生同转频的周期性激振力， 使振动增大。在谱图上主要表 现为同转频的频率分量幅值增加。如果不平衡超标，应该进行平衡处理。 如果电机转子在加工的过程中存在伤痕等隐患， 在运行中，这些裂纹会进 一步扩展，从而会导致转子断裂等灾难性故障。转子偏心分为静偏心和动偏心，最小径向气隙位置在空间

29、固定的偏心为静偏心。当转子中线不在旋 转中心和最小气隙随转子一起旋转时，就会出现动偏心。转子偏心会产生 不平衡磁拉力，从而引起振动。当整个转子温度分布不均而使转子发生生 热弯曲时，这种现象会更加严重，甚至能使转子与定子之间发生摩擦， 最 终损坏电机。其他故障如：定子铁芯故障，定子端部线圈故障，转子绕组等故障5.2 交流牵引电机常见故障的机理分析1、定子匝问短路故障机理分析由于定子绕组匝间短路是机车牵引电机较常见的早期故障现象， 所以这里将针对定子绕组匝间短路故障进行机理分析。对于定子咋问短路故障的研究人们还远不如对转子故障的研究，而且也未提出如同检测转子绕组故障那样多的和成熟有效的方法以检测定

30、子绕组故障，原因在于当定子绕组发生咋间短路故障时，由于电机耦合关系，在电机转子电流中会感 应出相应的特征频率分量，但是牵引电机转子电流在电机的运行中的测量 是很困难的。初看起来，电机的定子绕组故障检测似乎不能像转子绕组检 测一样，可以通过电流信号的频谱分析来实现， 但是经过分析可知，由于 定子，转子的相互耦合关系，在定子电流中一定含有定子绕组故障引起的 谐波分量。根据多回路理论可以推论出定子绕组匝间短路故障的电流特征 频率并建立绕组（定子，转子）的电压方程。定子匝问短路故障发生时， 将引起绕组电感的变化，通过磁链和电流的关系，确定出定子，转子中的 感应电流。也就是以定子电流谐波为基础， 通过在

31、定子，转子之间的反复 映射得到的电流特征谐波。一个定子，转子之间比较完整的互链过程如下： 定子（w）-转子（w+_kwP）-定子（w+-（k+k ）wP）-转子 （w（k+-k+-k）wP）-11-辽宁铁道职业技术学院毕业设计(论文2其中，k,k,k =1,3,5且wP=(1-s)w为相对角速度，w=2怕f, s为转差率，f为电源基波频率。故定子电流谐波分为：Fs=(1+-2k(1-s)F其中，k=0,1,2,F为电源基波频率。考虑绕组故障时，电机的谐波成分将增加，所以，定子电流特征频率为：Fs=(n+-2k(1-s)F (2-2)其中，n=1,2,3,4,k=0,1,2,3另外，由分析知，在

32、电机正常时电流中的谐波成分同式(2-2),但由于绕组对称结构，使得电流只有n=1,5,7,11，的谐波成分。由文献(20)可 知当定子故障时，各谐波频率的幅值将发生变化，并且由于绕组的对称性 的破坏使高次波增加，故n的取值较正常时多，并不出现+-(1-2s)F分量。2、轴承故障机理分析由于轴承是牵引电机系统中的一个重要部件，轴承故障所产生的 振动会影响电机的磁通变化，这些变化在定子电流中会有一定的反映。因此，利用电流信号对轴承故障有也可以进行故障检测。表 2-1分别列出4 种故障的特征频率。表2-1轴承故障振动特征频率外环缺陷故障频率Fb=(N/2)Fr内环缺陷故障频率Fb=(N/2)Fr滚动

33、体缺陷故障频率Fb=(PD/BD)Fr/2保持架故障频率Fb=( Fr/2) 其中，Fr为电机轴承转频，N为滚珠数量，BD为滚珠直径，PD滚珠分 布直径，B为接触角。在理想状态下，电机气隙磁通密度波形是对称的。如果电机轴承发生故障，则波形将畸变。电机内部磁场的畸变会引起电机出线端电流量 的变化。通过对电机故障状态下磁场的理论分析，获得的电机滚动轴承故障的钉子电流特征频率表达式：Fbs=NZFr+-NbFb+-F其中Z为转子槽数，Fr为电机轴承转频，Fb为轴承频率，F为电源基波 频率，N=1,2,33、转子偏心故障机理分析对于偏心故障的机理，相关学者做了比较深入的研究，主要是分 析电机在偏心故障

34、下的气隙长度与气隙磁导， 计算出气隙中的磁势，并根 据气隙磁势和气隙磁导求出气隙磁通，分析其中产生的各种谐波，从而判 定故障是否发生。偏心故障的特征频率分析主要有两种分析方法：(1)通过磁场分析，其过程为根据定转子开槽气隙磁导和偏心引 起的磁导求出联合磁导分布，导出系统磁通密度分布规律，确定故障特征 频率。偏心故障的电流特征频率公式：(2)通过电场分析，建立的偏心故障的公式：f= (n+-k(1-s) f(2-5)n=1,2,3,k=1/p,p,.对比两式，(2-5)是上式的特殊情况，式(2-4)中，k=0 时，两式的表达式一样。另外，偏心故障引起的磁通变化在磁通信号中引起式(2-5)所的频率

35、分量变化：Ff=f+Fr(2-6)其中，f为电源基数波频率，Fr为电机转速。如果在牵引电机中有静态偏心存在的话，动态偏心可以在异步电 机的电流中产生(2-6)所的频率分量。原因是故障导致气隙磁导的变化， 最终在定子绕组中产生式(2-6)所示的频率分量。-13-辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论犬）5.3 改进措施为满足机车对电机的运行要求，并且在尺寸和重量受限制的情况 下，Mitrac TM3800F型牵引电机采用如下设计方式：为满足尺寸要求， 在设计中采用高的电磁负荷磁参数，用高耐热等级的绝缘材料，高的硅钢 片和高强度的转轴等材料，选用高的加工精度要求，为达到这些要求，制 造中采用数控加工，真

36、空压力浸漆和中频感应钎焊等精细的工艺， 为满足 重量要求，在设计中采用无专门机座的轻量化结构， 通过选择合适的极数 来控制电机重量。本电机设计采用了无座机化定子铁芯， 转子整体感应焊接，进口 绝缘轴承等技术。通常为防止尖峰脉冲对电机绝缘的换坏， 还采用了耐电 晕绝缘材料，这是为防绝缘失效所采用的一项有效措施， 为了防止轴电流 对轴承的电视，采用了绝缘轴承。5.4 牵引用铅酸蓄电池使用须知及注意事项1、合格的牵引铅酸蓄电池充、放电次数不低于 750次（每次充电后可连 续使用5-6小时）。2、电池在使用过程中，应避免过放电及长时间大电流放电（例如：叉车 长时间工作，电压低于4 2V甚至叉车不能正常

37、行驶），否则会严重 影响其使用寿命。3、电池正常放电后应及时充电，充电时应避免过充电（例如：为了晚间 加班使用，中午进行短时补充电），长时间如此，不但会造成蓄电池组长期充电不足，使用时间短，还会因为低效的充放电次数积累对 电池寿命带来极大影响。4、充电过程中，电解液温度不得超过55C （充电过程中必须随时检测）。5、经常检查电池液面高度，发现异常需及时调整（添加蒸储水、千万不 能添加电解液）。6、每月应对电池进行均衡充电一次 （经常进行补充电应十天进行一次）结论以上通过理论与实践做出的一些想法，检修必须抱着严谨的态 度，不得有一丝的马虎，该换的部件必须换，该清洗的部件必须清洗，否-15-辽宁铁道职业技术学院毕业设计(论文2者会造成机破人亡